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Schaumschichtbildendes Feuerschutzmittel Zum Schutz von brennbaren
und nichtbrennbaren Baustoffen und Bauteilen werden Beschiclltungsmaterialien verwendet,
die sich wie ein Austrichmittel auf das zu schützende Objekt auftragen lassen. Im
Brandfall, d.h. bei Einwirkung von Hitze, entwickeln solche Beschichtungen eine
wärmeisolierende Schaumschicht, die die Hitzeeinwirkung auf das beschichtete Objekt
hemmt. Auf diese Weise läßt sich Holz "Schwerentflammbar" machen und die "Feuerwiderstandsdauer"
von Stahlbauteilen erheblich verlängern. Die Beschichtungsmaterialien bestehen im
allgemeinen aus Harnstoff-und/ oder Dicyandiamid-Formaldehyd-Kondensaten, mit einem
Gehalt an Phosphaten, z.B. lIonoammoniumorthophosphat und weiteren Zusetzen, wie
Kohlehydraten und gegebenenfalls Füllstoffen, wie Kieselsäure oder Kaolin. Sie sind
vielfach wäßrige Zubereitungen und haben dann den Nachteil, glatte Untergninde,
wie grundierten Stahl oder Kunststoffoberflächen schlecht zu benetzen. Daraus hergestellte
Beschichtungen werden durch Luftfeuchtigkeit aufgequollen und durch Kondenswasser
verhältnismäßig rasch abgelöst, was naturgemäß raseh zu einem Verlust der Feuerschutzwirkung
filhrt.
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Es sind auch ähnlich aufgebaute Feuerschutzmittelzubereitungen bekannt,
die kein Wasser, sondern organische Lösungsmittel enthalten. Sie sind zwar gut verarbeitbar
und können wasserbestindigere Beschichtungen ergeben, haben aber den Nachteil, daß
sie im Lieferzustand brennbar sind. Bei der Verarbeitung bzw. Trocknung der Beschichtung
müssen die organischen Lösungsmittel verdampft werden; deshalb sind entsprechende
Schutzmaßnahmen erforderlich.
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Uberraschend wurde gefunden, daß die bekannten wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitungen
auf der Basis von Aminharzen oder deren Komponenten, Ammonphosphaten und weiteren
üblichen Zusätzen erheblich verbessert und gut verarbeitbare und gut benetzende
wäRrige Feuerschutzmittel-Zubereitungen erhalten werden konnen, die nach Auftrag
wasserunempfindlichere Beschichtungen ergeben, wenn die wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitungen
noch zusätzlich in organischen Lösemitteln gelöste und mit Alkoholen mit 1 bis 12
C-Atomen verätherte Amin-Formaldehydharze enthalten.
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Die nach der Erfindung zu verwendenden, als Ausgangsmaterial dienenden,
an sich bekannten wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitungen werden im übrigen aus
den üblichen Ammonphosphaten, Aminharzen bzw. deren Komponenten, und Zusätzen erhalten,
wobei je nach Art der Herstellung verschiedenartige Reaktionen ablaufen können.
Als weitere Zusätze kommen unter anderem kohlenstoffreiche Substanzen, die zuweilen
auch als Gerüstbildner bezeichnet werden, wie Pentaerythrit, Kohlehydrate wie Stärke
und Dextrin, ferner Füllstoffe wie Glas- oder Mineralfasern, Mineralpulver, Silikate,
z.B. Calciumsilikate, Kaolin, Glimmer, Trassmehl, Talkum, Schiefermehl, xlineralwolle
(Steinwolle), Schlackenwolle, Hüttenwolle, Bariumsulfat, ferner Erdalkali und Schwermetallphosphate,
Zirkon-, Bleiverbindungen oder dergleichen in Betracht. Außerdem ist es möglich,
auch säurefeste Pigmente einzumischen, z.B. Eisenoxyde, Titandioxyd, Chromoxyd oder
dergleichen.
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Geeignete Anmonphosphate sind beispielsweise Monoammoniumorthophosphat,
Diamtioniumorthophosphat, das gegebenenfalls zusammen mit einer Säure, beispielsweise
mit Phosphorsäure, Milchsäure, Essigsäure, Ameisensäure oder dergleichen verwendet
wird.
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In den üblichen wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitungen kann der
Anteil der Aminharze im Bereich von 20 bis 60 Gewichts-t, derjenige der Ammonphosphate
im Bereich von 20 bis 50 Gewichts-X, derjenige der Gerüstbildner im Bereich von
5 bis 30 Gewichts-Z, jeweils bezogen auf
den Festkörperanteil der
wäßrigen Zubereitung, betragen. Der Gesamtanteil an weiteren möglichen Zusätzen,
z.B. den obengenannten einschließlich etwaigen Füllstoffen und Pigmenten, kann bis
zu 50 Gewichts-%, bezogen auf den Festkörperanteil der wäßrigen Lösung, ausmachen,
wobei die Summe aus Aminharzen, Ammonphosphaten und weiteren Zusätzen stets 100%
ergeben muß.
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Die fertigen erfindungsgemäßen Feuerschutzmittel haben im allgemeinen
einen Festkörperanteil von mindestens 40 und nicht mehr als 85 Gewichts In einzelnen
FAllen kann er auch höher liegen. Vorzugsweise beträgt der Festkörperanteil von
50 bis 75 Gewichts-Z. Die Feuerschutzmittel können thixotrop sein und müssen sich
nach Aufrühren gut streichen oder verspritzen lassen.
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Die nach der Erfindung zu verwendenden, an sich bekannten unverätherten
Amin-Formaldehydharze werden im allgemeinen durch übliche Umsetzung von Harnstoff
und/oder Melamin und oder anderen Triazinen und vorzugsweise auch Dicyandiamid in
Gegenwart kleiner Alkali- oder Säuremengen und vorzugsweise auch in Gegenwart von
Ammonphosphaten erhalten. Als Triazine sind zum Beispiel auch Benzoguanamin, Acetoguanamin
und Ditriazine, wie Succinoguanamin oder Adipoguanamin, geeignet. Je substituierbares
Wasserstoffatom im Harn8toff, im Dicyandiamid und im Triazinring wird im allgemeinen
bis zu 1, vorzugsweise bis zu 0,75 Mol Formaldehyd verwendet, jedoch beträgt die
Formaldehydmenge mindestens 0,25 Mol je substituierbares Wasserstoffatom im Harnstoff,Dicyandiamid
oder Die Triazinring. verätherten Amin-Formaldehydharze werden durch Verätherung
von Harnstoff-und/oder Triazinmethylolverbindungen, die in Gegenwart kleiner Alkali-oder
Säuremengen mit den zuvor angegebenen Formaldehydmengen erhalten worden sind, mit
Alkoholen zu 12 C Atomen nach an sich bekannten Methoden erhalten, jedoch sollte
bei der Umsetzung von-Triazinen-mindestens 0,4 Mcl Formaldehyd je substituierbares
Wasser-stoffatom umgesetzt worden sein.
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Als Verätl>erungskomponente kommen vorzugsweise Alkohole mit 1
bis 6 C-Atomen in Frage, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol und Isobutanol,
die verschiedenen primären Hexanole und die Oktanol.
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Durch die Verätherung werden die an sich nur in Wasser löslichen Amin-Formaldehydharze
in organischen Lösemitteln löslich. Die Verätherung kann bis zur vollständige. n
Umsetzung aller Methylolgruppen mit dem Alkohol geführt werden. Im allgemeinen genügt
es jedoch, nur soweit zu veräthern, daß das entstehende Harz im Verätherungsalkohol
selbst oder in einem anderen zugesetzten Alkohol oder in einem aromatischen oder
aliphatischen flüssigen Kohlenwasserstoff oder in Gemischen dieser Lösungsmittel
löslich ist. Geeignete organische Lösemittel für die verätherten Aminharze sind
geradkettige und verzweigte Alkohole nit 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 6 C-Atomen,
wie Methanol, Äthanol, die Propanole, die Butanole, Pentanole, Hexanol; Ketone,
wie Methyläthylketon; Ester wie Äthylacetat, Butylacetat; aromatische Kohlenwasserstoffe
wie Toluol, Äthylbenzol, Xylole; aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan,
Oktan. Diese aliphatischen Kohlenwasserstoffe werden zweckmäßig jedoch nur im Gemisch
mit anderen verträglichen Lösemitteln, insbesondere Alkoholen und/oder Aromaten
verwendet. Bevorzugte Lösemittel sind aromatische Kohlenwasserstoffe und Alkohole,
jeweils einzeln oder im Gemisch wobei diejenigen Alkohole:vorzuziehen sind, die
durch zum Veräthern der Aminharze verwendet worden sind. Falls Gemische der-Aromaten
und der Alkohole als Lösemittel benutzt werden, liegt deren Mengenverhältnis vorzugsweise
im Bereich.von 9 1 | bis 1 : 9.
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Natürlich können auch Mischungen verschiedener Aminharze, z.B. Melamin-und
Harnstoffharz oder andere Triazinharze in den unverätherten und/ oder in den verätherten
Aminharzen -vorliegen. In den speziellen Feuerschutzmittel-Zubereitungen können
sich die Aminharze von den gleichen Aminharzen wie die. unverätherten ableiten sofern
diese Letzteren nicht auf.Dicyandiamid.aufgebaut sind; sie können aber auch eine
andere,-im oben genannten Rahmen liegende Grundlage haben.
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Zur Herstellung der erfindungsgemnßen Feuerschutzmittel können die
verätherten, in einem organischen Lösemittel gelösten Aminharze mit einer zuvor
bereiteten üblichen wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitung, deren Aminharzkomponente
unveräthert ist und die oben genannte Zusam mensetzung hat, verrührt werden.
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Das in organischen Lösungsmitteln gelo¢ve, verätherte Aminharz kann
mit der iiblichen Feuerschut@mittel-Zubereitung ar sich in jedem Gewichtsverhältnis
kombiniert werden. Bevorzugt sind flischungsverhältnisse von 2,5 bis 30 Gewichtsteilen
verithertes Aminharz, als Festharz gerechnet, auf 100 Cevichtsteile der üblichen
wäßrigen Feuerschutznittel-Zubereitung. Die Gesamtmenge der Aminharze in dem fertigen
Feuerschutzmittel beträgt jedoch höchstens 75 Gewichts-% vom Festkörperanteil.
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Die nach der Erfindung hergestellten Feuerschutzmittel lassen sich
im allgemeinen ohne Schwierigkeiten verstreichen und mit handelsilblichen SpritzgerSten
verspritzen. Sie benetzen auch glatte Flächen, wie die Oberflächen von Kunststoffkabelmänteln
oder von grundiertem Stahl einwandfrei und wesentlich besser als die bekannten wäßrigen
Feuerschutzmittel. Der Anteil an organischen Lösungsmitteln,der in dem fertigen
Feuerschutzmittel im allgemeinen weniger als 15, vorzugsweise weniger als 10 Gewichts-%
beträgt, ist so gering, daß die Feuerschutzmittel an sich nicht brennbar sind und
ohne besondere Schutzmaßnahmen verarbeitet werden können. Daraus hergestellte Beschichtungen
werden beim Liegenlassen unter den üblichen Umweltbedingungen durch allmähliche
chemische Ver@derung des Aminharzes bedeutend feuchtigkeitsbeständiger. Ihre Widerstandsfähigkeit
gegen Feuchtigkeit läßt sich über Art und Menge des eingesetzten Aminharzes in weiten
Grenzen regeln.
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Beispiele 1 a) Herstellung einer wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitung
zum Vergleich und als Ausgangsmaterial für die Mittel nach Beispielen 1 b), 2 und
3 20 g Harnstoff, 25 g Dicyandiamid, 40 g Monoammoniumorthophosphat,
80
g einer 30%igen wäßrigen Formaldehydlösung und 10 g Dextrin werden gemischt. Das
Gemisch wird unter Rühren in einem Kessel auf 70 - 90°C erwärmt. Nach 3n minuten
Reaktionszeit wird die Fliissigkeit abgekühlt.
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1 b) herstellung der erfindungsgemäßen Feuerschutzmittel-Zubereitung.
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In 100 g der vorstehenden wäßrigen Feuerschutzmittel - Zubereitung
wird eine 65 %ige Lösung von 30 g eines mit Butanol verätherten Ilarnstoff-Formaldehydharzes
in n-Butanol/Xylol ( Gewichtsverhältnis 2 : I ) eingerührt. Man erhält ein Feuerschutzmittel,
dessen Eigenschaften durch die Prüfergebnisse charakterisiert sind, die den nachstehenden
Tabellen zu entnehmen sind.
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2) Ein Feuerschutzmittel nach der Erfindung wird erhalten, wenn in
100 g der in Beispiel 1 a) genannten wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitung eine
60 ziege Lösung von 30 g mit Butanol veräthertem Melamin-Formaldehyharz in einem
Gemisch von n-Butanol und Xylol ( GewichtsverhEltnis I : 2 ) eingeriihrt wird. Die
Eigenschaften des Feuerschutzmittels sind aus den Tabellen ersichtlich.
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3) Zur herstellung eines Feuerschutzmittels nach der Erfindung wird
in 100 g der in Beispiel 1 a) genannten wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitung eine
60 teige Lösung von 40 g mit Butanol veräthertem Harnstoff-Formaldehydharz in iso-Butanol,
ferner 10 g Glasfasern und 10 g Kaolin eingerlhrt. Die Eigenschaften des Feuerschutzmittels
sind aus den Tabellen ersichtlich.
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4) 25 g Melamin, 15 g Dicyandiamid, 30 g Diammoniumo rthophosphat,
5 g Phosphorsäure, 5 g Milchsäure, SO g einer 30 %igen wäßrigen Formaldehydlösung
und 15 g Stärke werden gemischt. Das Gemisch wird bei 70 bis 800C 20 Minuten erwärmt.
Darauf wird die Flüssigkeit abgekühlt. 100 g dieser wäßrigen Feuerschutzmittel-Zubereitung
werden mit einer 55 zeigen Lösung von 20 g eines mit Methanol verätherten Melaminformaldehydharzes
in Isopropanol/Xylol (Gewichtsverhältnis 3 : 1), 2 g Eisenoxydgelb, 10 g Wollastonit
(Calciumsilikat)
und 10 g Glimner unter Rühren vermischt. Man erhält ein Feuerschutzmittel mit guten
flammwidrigen Eigenschaften.
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Schaumschichtbildende Feuerschutzmittel nach Beispielen 1 a) bis 3)
wurden in einer naßauftragsmenge von 1.000 g/m2 auf grundierten Stahlplatten mit
einem Pinsel aufgestrichen. Nach 2-wöchiger Trocknung bei Raumbedingungen wurden
die beschichteten Platten einer Schwitzwasser-Feuchte-Wechselklima-Prüfung nach
DIN 50 017 unterworfen. Das Schwitzwasser-Feuchte-Wechsclklima hat jeweils einen
Zyklus von 8 Stunden bei 400 C und 100 Z relativer Luftfeuchte und 16 Stunden bei
200 C und einer relativen Luftfeuchte unter 75 Z Die Tabelle 1 zeigt das Verhalten
von Beschichtungen mit Feuerschutzmitteln nach Beispielen 1 a) bis 3) auf grundierten
Stahlplatten, Beschichtungen mit Feuerschutzmittel nach Beispiel I a) liefern durch
die Feuchtigkeitseinl7irktmg schon nach 2 Zyklen ab.
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Dagegen wurden nach 25 Zyklen bei Beschichtungen von Feuerschutzmitteln
nach Beispielen I b) bis 3) praktisch keine Veränderungen festgestellt.
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Eine Feuerschutzmittel-Zubereitung, wie sie in Beispiel 1 a) beschrieben
wird, benetzt Kunststoffuntergründe, z.B. Kabelmäntel, nicht vollständig. Wie Tabelle
2 zeigt. sind Beschichtungen mit Feuerschutzmitteln nach Beispielen l b) und 2)
auf Kabelmänteln ohne Netzfehler.
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Tabelle 1 Vergleich des Verhaltens vou Feuerschutzmittel-Beschichtungen
nach Beispielen 1 a) bis 3) auf grundiertem Stahl in Schwitzwasser-Wechselklima
nach DIN 50 017 (Auftragsmenge 1.000 g/m2 Feuerschutzmittel) Verhalten der Beschichtungen
nach
| Beschichtung 1 Zyklus 2 Zyklen 3 Zyklen 10 Zyklen 25 Zyklen |
| Beispiel 1a Beschichtung Beschichtung. Beschichtung |
| sehr weich beginnt abzu- stark abgelau- -/- |
| (vergleich) laufen fen; teilweise |
| Untergrund frei- |
| gelegt. |
| Beispiel 1b Keine Verände- Keine Verände- Keine Verände- Keine
wesent- Keine wesent- |
| rung rung rung liche Verände- liche Verände- |
| rung rung |
| Beispiel 2 Keine Verände- Keine Verände- Keine Verände- Keine
wesent- keine wesent- |
| rung rung rung liche Verän- liche Verän- |
| derung derung |
| Beispiel 3 Keine Verände- Keine Verände- Keine Verände- Keine
wesent- Keine wesentliche |
| rung rung rung liche Verände- Veränderung |
| rung |
Tabelle 2 Vergleich der Benetzung verschiedener Kabelmanteloberflächen
durch Feuerschutzmittel nach Beispielen 1 a) bis 3)
| Beschichtungsmaterial Beschichtete Ober- Kabelmantel auf Basis |
| flächen |
| Polvvinylch orid Polyäthylen |
| Beispiel 1a 200 cm2 15 Netzfehler mit ca. 10 Netzfehler mit
ca. |
| (Vergleich) 8 cm2 nicht benetzter 5 cm2 nicht benetzter |
| Oberfläche |
| Beispiel 1b 200 cm2 Ohne Netzfehler Ohne Netzfehler |
| Beispiel 2 200 cm2 Ohne Netzfehler Ohne Netzfehler |